DE102007004366A1

DE102007004366A1 - Klimatisierungssystem

Info

Publication number: DE102007004366A1
Application number: DE102007004366A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Maidhof (FH)
Original assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem mit wenigstens einer Klimaanlage, die auslaßseitig mit einer Mischkammer in Verbindung steht und dort mit rezirkulierter Kabinenluft vermischt wird, bevor sie in das Verteilersystem zur Kabinenzuführung geleitet wird. Erfindungsgemäß ist vor der Mischkammer ein Luft/Luft-Wärmetauscher angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem, insbesondere zur Klimatisierung einer Flugzeugkabine, mit wenigstens einer Klimaanlage, die auslaßseitig mit einer Mischkammer in Verbindung steht und dort mit rezirkulierter Kabinenluft vermischt wird, bevor sie in das Verteilersystem zur Kabinenzuführung geleitet wird.
Derartige Klimatisierungssysteme werden zum Beheizen/Kühlen der Kabine, zur Frischluftversorgung der Passagiere und Besatzung sowie zur optimalen Kabinenbedruckung eingesetzt.
Bekannte Klimatisierungssysteme stellen die gesamte benötigte Kühlleistung über Zapfluft, d. h. heiße Druckluft, zur Verfügung, die von den Triebwerken oder einem Hilfsaggregat zugeführt wird.
In bekannten Anwendungen wird konditionierte Luft, die aus der Klimaanlage austritt, mit Kabinenluft gemischt. Hierzu wird Kabinenluft über ein Rezirkulationsgebläse in eine Mischkammer gefördert, wo diese mit der konditionierten Luft der Klimaanlage gemischt wird. Diese gemischte Luft wird in ein Verteilsystem der Kabinenzuführung geleitet.
Da die zum Betreiben der Klimaanlage verwendete Zapfluft die Antriebsleistung der Triebwerke reduziert, soll der abgezweigte Zapfluftdruck möglichst minimiert werden. Um bei möglichst minimiertem Zapfluftdruck dennoch eine Leistungserhöhung der Kabinenkühlung zu gewährleisten, ist es beispielsweise aus der US 4,966,005 A bekannt geworden, die Rezirkulationsluft über einen Rezirkulationswärmeaustauscher abzukühlen. Hier wird als Kühlquelle für den Rezirkulationswärmetauscher ein Kältemittelkreislauf vorgesehen, in dem ein im geschlossenen Kreislauf geführtes zusätzlich vorzusehendes Kältemittel eingesetzt wird. Hierbei handelt es sich um einen elektrisch betriebenen Kältemittelkreislauf. Allerdings ist das Vorsehen eines derartigen zusätzlichen Kältemittelkreislaufs unter Gewichts- und Kostengesichtspunkten nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kühlleistung des Klimatisierungssystems zu erhöhen, ohne hierfür einen gesonderten elektrisch betriebenen Kältemittelkreislauf vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist ein Klimatisierungssystem mit wenigstens einer Klimaanlage geschaffen, die auslaßseitig mit einer Mischkammer in Verbindung steht und dort mit rezirkulierter Kabinenluft vermischt wird, bevor sie in das Verteilersystem zur Kabinenzuführung geleitet wird. Vor der Mischkammer ist erfindungsgemäß ein Luft/Luft-Wärmetauscher angeordnet, in dem die rezirkulierte Kabinenluft über von außen zugeführte Stauluft kühlbar ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
Demnach ist der Luft/Luft-Wärmetauscher vorteilhaft derart ausgelegt, daß sie Auslaßtemperatur über dem Gefrierpunkt liegt.
Vorteilhaft wird dem Luft/Luft-Wärmetauscher ein Ventilator zur Zuführung der rezirkulierten Kabinenluft vorgeschaltet.
Besonders vorteilhaft ist der Luft/Luft-Wärmetauscher zum Betrieb in großen Flughöhen ausgelegt. Hier wird ausgenutzt, daß mit ansteigender Flughöhe der Kühleffekt aufgrund der ansteigenden Temperaturdifferenz der Prozeßluftströme, d. h. die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur zu derjenigen der Rezirkulationslufttemperatur, steigt. Gerade dadurch wird die Kühlleistung des gesamten Klimatisierungssystems durch die Kühlung der Rezirkulationsluft erhöht, wobei hier ein niedriges Triebwerkszapfluftdruckniveau ausreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Klimaanlagen auslaßseitig mit der Mischkammer verbunden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auch bei Fehlerfällen, beispielsweise dem Ausfall einer der Klimaanlagen oder der Aircyclemaschine, eine hinreichend gute Kabinentemperierung.
Durch die Erfindung wird es auch möglich, die Dimensionierung der eingesetzten Klimaanlage bzw. der parallel geschalteten Klimaanlagen zu reduzieren. Insbesondere kann auf den gemäß dem Stand der Technik vorzusehenden zusätzlichen geschlossenen Kühlkreislauf bei gleichzeitig niedrigem Triebwerkszapfluftdruckniveau verzichtet werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem sich in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung eines Klimatisierungssystems nach einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung und
2: ein Detail der 1 ebenfalls in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein Klimatisierungssystem 10 mit einer Klimaanlage 16. Die Klimaanlage 16 wird einlaßseitig mit Versorgungsluft (Bleed Air) beaufschlagt. Die entsprechende Versorgungsleitung ist mit einem Durchsatzregelventil EFCV versehen, mittels dessen der druckluftseitige Durchsatz durch die Klimaanlage geregelt werden kann. Auslaßseitig steht die Klimaanlage 16 mit einer Mischkammer 20 in Verbindung, in die des weiteren Kabinenumluft eingeführt wird und die auslaßseitig mit der Kabine in Verbindung steht und diese mit der entsprechenden konditionierten Luft über ein Verteilersystem zur Zuführung der konditionierten Luft in die Kabine versorgt. Vor Eintritt in die Mischkammer 20 ist eine Rückschlagklappe PCKV (wie in 1) ersichtlich.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist der Klimaanlage 16 ein Durchsatzregelventil EFCV vorgeschaltet.
Dem Durchsatzregelventil EFCV wird heiße Druckluft von den Triebwerken oder einem Hilfsaggregat (APU) zugeführt. Dies weist eine Temperatur von ca. 200°C und einen Druck von ca. 3 bar auf. Diese Luft wird in dem druckluftseitigen Wärmetauscher (Vorwärmetauscher oder Primärwärmetauscher PHX) auf etwa 100°C vorgekühlt und anschließend in einem Kompressor C weiterverdichtet. Die Druckluft strömt sodann zur weiteren Abkühlung in den druckluftseitig zweiten Wärmetauscher (Hauptwärmetauscher oder Sekundärwärmetauscher SHX) und wird hier auf ca. 40°C abgekühlt. Anschließend erfolgt die Entfeuchtung in einem Wasserabscheidesystem. Dieses besteht aus den Komponenten Rehester REH, Kondensor CON und Wasserabscheider WE.
Die auf diese Weise entfeuchtete Luft wird in der Turbine C entspannt und dabei bis auf ca. –30°C abgekühlt. Die an der Turbine dabei anfallende Wellenleistung wird zum Antrieb des Kompressors C und eines Gebläses FAN verwendet, das in dem Stauluftkanal angeordnet ist und zur Förderung von PHX/SHX-Stauluft bzw. Umgebungsluft dient. Vom Turbinenauslass strömt die Luft sodann durch die kalte Seite des Kondensors CON und anschließend in die Mischkammer 20.
Zum Zwecke der Regelung der Temperatur bzw. der Kühlleistung der Anlage ist jeweils ein Ventil TCV vorgesehen, das einen variablen Bypaß von Kompressor C, Hauptwärmetauscher SHX und Turbine T ermöglicht.
In 2 ist dargestellt, daß die aus der Klimaanlage 16 austretende konditionierte Luft V . / kalt in die Mischkammer 20 eingeführt wird. Dort wird diese vorkonditionierte Luft V . / kalt mit zurückgeführter Kabinenluft V . / K vermischt wird. Diese zurückgeführte Kabinenluft wird über einen Ventilator 22 angesaugt und mit einem Luft/Luft-Wärmetauscher 18 zugeführt. Dort wird die zurückgeführte Kabinenluft über von außen zugeführte Stauluft V . / S abgekühlt. Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, daß mit ansteigender Flughöhe der Kühleffekt auf Grund der ansteigenden Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Rezirkulationstemperatur der rezirkulierten Kabinenluft ansteigt. Damit kann insbesondere während des Flugs und ganz besonders gut bei höheren Flughöhen die Kühlleistung der Flugzeugklimaanlage erhöht werden. Die entsprechend gekühlte rezirkulierte Kabinen luft V . / K wird nach entsprechendem Mischen mit der konditionierten aus der Klima anlage 16 austretenden Luft V . / kalt als gemischter Luftvolumenstrom V . / M in das Verteilersystem zur Kabinenzuführung geleitet.
Der Luftvolumenstrom V . / S, dem Luft/Luftwärmetauscher 18 zugeführt wird, wird über ein Regelventil RSV eingestellt. Über die Regelung des Luftvolumenstroms V . / S kann der Gesamtprozeß optimiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4966005 A [0005]

Claims

Klimatisierungssystem (10), insbesondere zur Klimatisierung einer Flugzeugkabine, mit wenigstens einer Klimaanlage (16), die auslaßseitig mit einer Mischkammer (20) in Verbindung steht und dort mit rezirkulierter Kabinenluft vermischt wird, bevor sie in das Verteilersystem zur Kabinenzuführung geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mischkammer (20) ein Luft/Luft-Wärmetauscher (18) angeordnet ist, in dem die rezirkulierte Kabinenluft über von außen zugeführte Stauluft kühlbar ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft/Luft-Wärmetauscher (18) derart ausgelegt ist, daß die Auslaßtemperatur über dem Gefrierpunkt liegt.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luft/Luft-Wärmetauscher (18) ein Ventilator (22) zur Zuführung der rezirkulierten Kabinenluft vorgeschaltet ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft/Luft-Wärmetauscher (18) zum Betrieb in großen Flughöhen ausgelegt ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Klimaanlagen (16) auslaßseitig mit der Mischkammer in Verbindung stehen.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luft/Luft-Wärmetauscher (18) zugeführte Stauluft über ein Regelventil (RSV) einstellbar ist.